單相弧光接地過(guò)電壓抑制措施的探究

【摘要】本文對(duì)抑制中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相間隙性弧光接地故障的過(guò)程進(jìn)行分析，找出影響過(guò)電壓幅值的關(guān)鍵要素，比較現(xiàn)如今電力系統(tǒng)運(yùn)行常用到的解決措施的優(yōu)缺點(diǎn)，并確定更加有效的新舉措。

【關(guān)鍵詞】弧光接地；小接地電流系統(tǒng)；消弧線圈；過(guò)電壓；保護(hù)裝置

前言

我國(guó)66kV以下的電力系統(tǒng)基本都是采用中性點(diǎn)非有效接地的小接地運(yùn)行方式。這種系統(tǒng)某條供電線路發(fā)生單相金屬性接地時(shí)，非故障相對(duì)地電壓將升高到線電壓，故障相電流增大不是很明顯，且三相電壓的相位差基本不變，對(duì)于用電設(shè)備來(lái)說(shuō)影響不大，故規(guī)程規(guī)定小接地電流系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障后允許短時(shí)間帶故障運(yùn)行，一方面可以提高系統(tǒng)供電可靠性，另一方面也給電網(wǎng)運(yùn)行提高一定的經(jīng)濟(jì)效益。

但是，一旦單相接地故障性質(zhì)是間歇性弧光接地，即故障點(diǎn)沒(méi)有完全與大地接死，通俗的講法就是虛接，在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生多次接地、斷開(kāi)，在這過(guò)程中將間隙性的產(chǎn)生電弧的熄滅和重燃，在故障相和非故障相的電感電容回路上會(huì)引起高頻振蕩過(guò)電壓，此時(shí)非故障相的電壓幅值一般可達(dá)3.15～3.5倍相電壓，這種過(guò)電壓是系統(tǒng)對(duì)地電容上的電荷多次不斷的疊加再分離形成的，是斷續(xù)的瞬間發(fā)生的且幅值較高的過(guò)電壓，如果在2小時(shí)內(nèi)持續(xù)的發(fā)生，會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的絕緣造成極大的損傷，甚至發(fā)生擊穿，所以對(duì)此種接地的抑制防范極為重要。

一、單項(xiàng)間隙弧光接地對(duì)系統(tǒng)的危害分析

1、隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展市政建設(shè)及電網(wǎng)建設(shè)的要求，埋地式的絕緣電纜線路占比逐漸增大，這樣系統(tǒng)對(duì)地電容將增大，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時(shí)，這種有電容電荷流動(dòng)產(chǎn)生的過(guò)電壓也就隨之增大，造成非故障相的電氣設(shè)備絕緣損傷，再由于長(zhǎng)時(shí)間的積累，絕緣薄弱點(diǎn)發(fā)生對(duì)地?fù)舸?，進(jìn)而演變?yōu)橄嚅g短路事故。

2、由于弧光接地過(guò)電壓的作用，會(huì)造成電壓互感器鐵心飽和，容易激發(fā)鐵磁諧振，導(dǎo)致過(guò)電壓現(xiàn)象的加劇，甚至有發(fā)生電壓互感器爆炸事故的危險(xiǎn)。

3、弧光接地過(guò)電壓的能量持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，若過(guò)電壓能量通過(guò)疊加幅值進(jìn)一步增加，超過(guò)避雷設(shè)備所能能承受的400A 2ms的能量時(shí)，就會(huì)發(fā)生避雷器爆炸的事故。

隨著城市、農(nóng)村的配電網(wǎng)逐漸向電纜化發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)地電容的日益增大，弧光接地過(guò)電壓?jiǎn)栴}成為電網(wǎng)運(yùn)行及其危害的隱患，必須尋找有效的辦法防止上述問(wèn)題的發(fā)生。

二、原因分析及現(xiàn)有方法的分析

電力系統(tǒng)的絕緣水平主要考慮的是雷擊過(guò)電壓，所以避雷器的動(dòng)作值很大，間隙弧光接地過(guò)電壓一般不會(huì)高于3.5倍相電壓，而弧光接地過(guò)電壓一般不超過(guò)3.5倍，所以避雷器不會(huì)動(dòng)作，對(duì)弧光接地過(guò)電壓起不到保護(hù)限制作用。絕大多數(shù)小電流接地系統(tǒng)采用的是諧振接地方式，即在系統(tǒng)中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈，發(fā)生單相弧光接地時(shí)，利用消弧線圈感性原理產(chǎn)生的感性電流與故障點(diǎn)產(chǎn)生的容性電流進(jìn)行補(bǔ)償，使流經(jīng)故障點(diǎn)的殘流降低，從而達(dá)到自然熄弧的作用。但是實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表現(xiàn)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，發(fā)生單相弧光接地仍有過(guò)電壓造成設(shè)備損壞影響系統(tǒng)安全運(yùn)行的事件發(fā)生。通過(guò)故障時(shí)諧波測(cè)試可以看出，故障時(shí)是故障電流中蘊(yùn)含著很多高頻電流，消弧線圈的自動(dòng)跟蹤或自動(dòng)調(diào)諧是在電網(wǎng)工頻下完成的產(chǎn)生的感性電流也是工頻電流，這樣僅可以補(bǔ)償工頻的電容電流，對(duì)高頻電容電流沒(méi)有補(bǔ)償效果，消弧線圈對(duì)整個(gè)故障電流的補(bǔ)償效果就不十分理想，而嚴(yán)重時(shí)僅僅這些殘余的高頻電流就可以維持電弧的持續(xù)燃燒。

三、新技術(shù)措施研究分析

最近幾年一些變電站采用消弧及過(guò)電壓保護(hù)裝置，這種裝置主要是由三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器，三相獨(dú)立控制的高壓真空接觸器，微機(jī)控制系統(tǒng)，高壓限流熔斷保險(xiǎn)以及電壓互感器等設(shè)備組成。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相間隙性弧光接地時(shí)，微機(jī)控制裝置根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析并快速判斷故障類(lèi)別，通過(guò)開(kāi)出命令向向故障相的高壓接觸器發(fā)出合閘命令，接觸器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成動(dòng)作指令，將故障相與地連接，間隙弧光接地轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩越拥?，過(guò)電壓現(xiàn)象隨之消失。

此種裝置的工作原理就是將單相故障時(shí)的間隙接地通過(guò)認(rèn)為控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩越拥亍?/p>

具體工作原理如下：

1、裝置判斷系統(tǒng)出現(xiàn)較高的工頻過(guò)電壓時(shí)，組合式過(guò)電壓保護(hù)器發(fā)揮功能，將電壓幅值限制在電氣設(shè)備絕緣允許的范圍之內(nèi)；當(dāng)出現(xiàn)的過(guò)電壓幅值較低時(shí)，電容電阻吸收裝置R-C發(fā)揮作用，將高幅值電壓吸收到該R-C回路當(dāng)中，給電氣設(shè)備提供保護(hù)。

2、當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，微機(jī)控制裝置根據(jù)電壓互感器提供的電壓參數(shù)進(jìn)行邏輯計(jì)算，判斷故障相和接地性質(zhì)然后發(fā)出相應(yīng)的控制指令：

1）如果接地故障是間歇性電弧接地形式，那么微機(jī)綜合控制裝置就會(huì)向故障相的高壓真空接觸器發(fā)出合閘指令，這里的分相控制的高壓真空接觸器的操作回路是相互閉鎖的不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)或三個(gè)接觸器同時(shí)閉合的情況，它們分別安裝在系統(tǒng)三相母線和地之間，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)都是斷開(kāi)的狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行不會(huì)構(gòu)成隱患。當(dāng)真空接觸器根據(jù)微機(jī)控制系統(tǒng)的合閘指令閉合后，則故障相母線就直接接地，從而使故障接地形式由不穩(wěn)定性的間隙弧光接地轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的金屬性接地，故障相電壓降為0，非故障相的相電壓幅值變?yōu)榫€電壓值，電弧也隨之退去。短時(shí)間后接觸器再斷開(kāi)，這時(shí)并聯(lián)的電阻電容吸收裝置發(fā)揮作用，抑制接地點(diǎn)發(fā)生電弧的重燃。若接觸器斷開(kāi)后，系統(tǒng)發(fā)生接地則接觸器再次閉合并不再斷開(kāi)，等待運(yùn)行人員進(jìn)行接地選線處理。

2）如果發(fā)生的故障是金屬性的直接接地故障，裝置也可以通過(guò)判斷將故障相母線直接接地，減少流過(guò)故障點(diǎn)的電流，同時(shí)也可以不發(fā)出任何指令，等候運(yùn)行人員進(jìn)行接地選線處理。

三、結(jié)論

通過(guò)分析和了解上述的新技術(shù)方法更加有效的抑制單相接地故障時(shí)所產(chǎn)生的間隙弧光過(guò)電壓，而且同以往的措施相比較具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1）這類(lèi)裝置消弧和過(guò)電壓保護(hù)的工作原理與系統(tǒng)的對(duì)地電容值大小無(wú)直接關(guān)系，所以它的保護(hù)效果不受電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變和電網(wǎng)擴(kuò)大的影響。

2）有效的提高小接地電流系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。過(guò)電壓保護(hù)功能較完善，和消弧線圈相比他保護(hù)的種類(lèi)范圍更廣，可以將通過(guò)系統(tǒng)的各種過(guò)電壓限制在允許的電壓水平范圍內(nèi)，使因過(guò)電壓引起的設(shè)備絕緣水平降低及連帶事故發(fā)生的概率降低。

3）可以降低變電站建設(shè)改造的資金投入成本，安裝這種成套裝置，中性點(diǎn)消弧線圈、接地變、配套的高壓開(kāi)關(guān)柜以及小電流微機(jī)選線裝置和二次消諧裝置都可以不再設(shè)置。

4）整個(gè)裝置可以組成一臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)柜，同時(shí)在條件受限的條件下可以與原有電壓互感器柜相結(jié)合，不受場(chǎng)地空間限制、安裝調(diào)試方便，如果已裝有消弧線圈的話，兩者可以配合使用，保護(hù)效果更完善。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜述以上結(jié)論，若在電廠、電網(wǎng)、用戶變電站推廣這種辦法，可以更好的保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，一方面極大的提高10kV供電系統(tǒng)的安全可靠性的同時(shí)可以減少因過(guò)電壓故障而導(dǎo)致的設(shè)備損壞造成的經(jīng)濟(jì)損失。